低壓電力線載波通信技術(shù)及應(yīng)用探討

張志宏

浙江省湖州市人民防空辦公室，浙江 湖州 313000

1 低壓電力線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)策略

低壓電力線載波通訊的質(zhì)量在實(shí)際操作中受到很多方面因素的影響，其中最重要的兩個(gè)方面包括通訊信道的阻抗特性和衰減性，以及噪聲干擾，抗阻性將直接制約信號(hào)的傳輸距離，而噪聲干擾則嚴(yán)重影響通訊的質(zhì)量。可以說這兩個(gè)因素直接決定通信系統(tǒng)的成敗。只有將這兩方面進(jìn)行有針對(duì)性的分析和研究才能對(duì)低壓電力通訊系統(tǒng)進(jìn)行較為周全的設(shè)計(jì)，而針對(duì)這些特征，對(duì)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要對(duì)如下方面充分考慮：

1）由于電力線的抗阻的設(shè)計(jì)和材料的應(yīng)用決定了其抗阻一般比較小，所以通信系統(tǒng)發(fā)送端和接收端抗阻要盡可能的控制，不能因抗阻的不匹配導(dǎo)致能量在傳輸過程中有過大的損失；

2）高頻信號(hào)在室內(nèi)電力線上進(jìn)行傳輸時(shí)會(huì)有較大程度的衰減。并且具有時(shí)變性的干擾和噪聲在信號(hào)通過電力線進(jìn)行傳輸?shù)臅r(shí)候普遍存在。因此要求室內(nèi)電力線作為通信信道的時(shí)候必須具備較強(qiáng)的抗干擾能力，才能實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)的小信噪比，在電力線載波通信系統(tǒng)中較為常用的技術(shù)有擴(kuò)頻技術(shù)和正交頻復(fù)用技術(shù)，擴(kuò)頻技術(shù)能夠在小信噪比的情況下獲得較高的接收信噪比，而正交頻復(fù)用技術(shù)除了具備上述優(yōu)點(diǎn)，還具備抗頻率選擇性衰落以及多徑干擾的優(yōu)勢(shì)；

3）進(jìn)行通信在波頻率和帶寬的選擇時(shí)要有足夠的合理性，要依據(jù)現(xiàn)實(shí)情況根據(jù)信號(hào)在頻域上的衰減狀況以及噪聲頻譜密度進(jìn)行分析。以此來進(jìn)行考慮的話應(yīng)該選擇較低的頻段，相反如果首先考慮噪聲因素的話則應(yīng)該選擇較高的頻段，因此在現(xiàn)實(shí)中要對(duì)兩方面進(jìn)行比對(duì)考慮，進(jìn)行綜合性比較；

4） 一般家庭電網(wǎng)都有較多的分支，同時(shí)由于抗阻的不匹配，駐波，反射等現(xiàn)象普遍存在，信號(hào)經(jīng)由不同的枯井最終到達(dá)接收端時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的多徑干擾，而rake接收機(jī)的采用不僅可以有效抵制多徑衰落，還能起到分集信號(hào)能量，降低誤碼率的作用。

5）因?yàn)樵肼曉吹倪h(yuǎn)近對(duì)通信質(zhì)量的影響最大，在無法改變距離的情況下要在通信接收處加裝隔離作用較好的阻波器；

6）采用碼長(zhǎng)適當(dāng)?shù)木矸e碼能夠進(jìn)一步降低誤碼率；

7）因?yàn)闀r(shí)變性在低壓電力線通信信號(hào)衰減方面表現(xiàn)的非常強(qiáng)，因此自適應(yīng)能力在通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作中要給予足夠的強(qiáng)調(diào)，使其能夠根據(jù)衰減的實(shí)際情況對(duì)發(fā)射機(jī)功率以及接收機(jī)的靈敏度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，從而使通信質(zhì)量得到保證；

8）在進(jìn)行低壓電力線載波通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)要盡量避免較長(zhǎng)的數(shù)據(jù)分組，如需使用可將其進(jìn)行重新分組打包，縮短數(shù)據(jù)分組的長(zhǎng)度，因脈沖干擾的存在，數(shù)據(jù)分組越短越有優(yōu)勢(shì)這樣被脈沖干擾的數(shù)據(jù)量就能得到相應(yīng)降低，保障了數(shù)據(jù)的傳輸速度。

2 在國內(nèi)的具體應(yīng)用

發(fā)達(dá)的供電網(wǎng)絡(luò)線路為低壓電力線載波通信技術(shù)的發(fā)展提供了廣闊的平臺(tái)，這種技術(shù)具有不占用無線頻道資源、節(jié)約布線、減少工程量、維護(hù)簡(jiǎn)單等無可比擬的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)伴隨科技的發(fā)展和我國電力網(wǎng)絡(luò)的逐步開放，低壓電力載波通信技術(shù)在國內(nèi)的應(yīng)用范圍越來越廣。較為典型的包括家居智能化和自動(dòng)抄表以及新型智能化小區(qū)領(lǐng)域等。

2.1 家居智能化

智能化家居網(wǎng)絡(luò)，是指把分布在住宅各中各種微控制器與PC連接成一個(gè)家庭網(wǎng)絡(luò)，通過這種方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的智能化管理，同時(shí)還可以達(dá)到只要有插座的地方就可以無限制的接入因特網(wǎng)。由于無需進(jìn)行布設(shè)信號(hào)線的工作，組網(wǎng)工程具有不破換原有家具環(huán)境的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)還能保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性，其工程造價(jià)也比較容易控制。

通常電力寬帶上網(wǎng)系統(tǒng)由電力調(diào)制解調(diào)器、PLC 設(shè)備、PC 機(jī)、交換機(jī)及路由等設(shè)備等組成，使用低壓電力線進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接時(shí)，先通過電力調(diào)制解調(diào)器，將PC 機(jī)信號(hào)轉(zhuǎn)換為特殊的電力信號(hào)，再將電力信號(hào)經(jīng)由電力線路傳送到PLC 設(shè)備中，同時(shí)該設(shè)備將電力信號(hào)轉(zhuǎn)換為原來的數(shù)據(jù)信號(hào)，之后通過交換機(jī)以及路由器等設(shè)備進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)，從而達(dá)到電力線路入網(wǎng)的目的。

2.2 自動(dòng)抄表系統(tǒng)

我國的自動(dòng)抄表行業(yè)興起于上世紀(jì)80年代，只是發(fā)展相對(duì)緩慢。直到2003年后才逐漸進(jìn)入推廣，從2006年開始進(jìn)入迅速增長(zhǎng)期, 當(dāng)下正處于電力載波抄表發(fā)展的黃金階段。低壓電力線載波通信的自動(dòng)抄表技術(shù)正逐步走向?qū)嶋H應(yīng)用階段，使得抄表工作不受時(shí)間和空間的限制，居民用戶也將隨時(shí)可以查詢自己的用電情況，電力管理部門也可以隨時(shí)準(zhǔn)確的得到電能數(shù)據(jù)。

3 電力載波通信網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)研究

低壓配電線路具有物理拓?fù)浜鸵欢ǖ臅r(shí)變性，同時(shí)邏輯拓?fù)涞淖兓c信道質(zhì)量有很大聯(lián)系，這就使低壓電力線載波通信的可靠性受到嚴(yán)重影響。已經(jīng)有學(xué)者提出以高速電力線通信的組網(wǎng)方式、網(wǎng)絡(luò)模型等角度進(jìn)行探索和研究，從而找到合適的算法對(duì)電力線通信網(wǎng)絡(luò)路由進(jìn)行優(yōu)化，以此提高電力通信的可靠性。已經(jīng)有研究對(duì)低壓配電網(wǎng)窄帶電力線通信數(shù)據(jù)邏輯鏈路的選擇、建立和自動(dòng)路由等做了研究和探討，并提出了一種基于非交疊分簇的動(dòng)態(tài)路由算法和網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)算法，來保證通信網(wǎng)絡(luò)的有效性。有些學(xué)者提出在低壓配電網(wǎng)電力線載波通信中采用網(wǎng)絡(luò)自組與重構(gòu)技術(shù)，可以自動(dòng)偵測(cè)可通信邏輯節(jié)點(diǎn)和最佳中繼節(jié)點(diǎn)、動(dòng)態(tài)調(diào)整路由和配置中繼信息以及自動(dòng)識(shí)別節(jié)點(diǎn)的投入或切除，從而實(shí)現(xiàn)低壓配電網(wǎng)中點(diǎn)到點(diǎn)、點(diǎn)到多點(diǎn)的可靠通信。

4 結(jié)論

低壓電力載波通信技術(shù)由于其特有的優(yōu)勢(shì)逐漸成為通信領(lǐng)域技術(shù)研究的熱點(diǎn)，可以說低壓電力載波通信技術(shù)具有很廣闊的應(yīng)用前景和可利用價(jià)值。但我國低壓電力網(wǎng)的特殊性，決定了通信信道的分析和建模的困難較大，無法直接利用國外成熟的技術(shù)與產(chǎn)品。但隨著國內(nèi)研究機(jī)構(gòu)和相關(guān)公司的重視，我國低壓電力載波通信也正在逐步發(fā)展。具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的電力載波芯片的研制標(biāo)志著我國在這一技術(shù)領(lǐng)域有了實(shí)質(zhì)性的突破。但與國外重量級(jí)研究機(jī)構(gòu)和公司仍存在較大的差距。我們應(yīng)當(dāng)逐步加強(qiáng)對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的研究和應(yīng)用推廣，低壓電力載波通信技術(shù)應(yīng)用的具體方向除了遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表領(lǐng)域、家居智能化和新型智能化小區(qū)外，還可以在農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉監(jiān)測(cè)與控制與農(nóng)產(chǎn)品流通過程信息化等方面獲得廣闊的發(fā)展空間。

[1]王思彤，袁瑞銘，孫志杰.低壓電力載波技術(shù)及其在抄表系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電測(cè)與儀表，2008(3).

[2]劉曉勝，胡永軍，張勝友.低壓配電網(wǎng)電力線載波通信與新技術(shù)[J].電氣應(yīng)用，2006(2).

[3]劉曉勝，熊四軍，戚佳金.基于混沌跳頻的電力線交織編碼技術(shù)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2008(14).

[4]周亞，王學(xué)玲.低壓遠(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)的組成及其應(yīng)用前景[J].農(nóng)村電氣化, 2008(5).